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边滑坡监测及预警系统

系统背景和概述

边滑坡是我国常见的地质灾害之一,其发生时影响正常的生产生活,造成巨大的经济损失和人员伤亡。同时在矿产开发、铁路、公路及水利建设等工程活动中,滑坡有也是制约施工进度、成本及运营安全的重要因素之一,因此,科学合理的对滑坡进行监测和评估是预防灾害、确保人民生命财产安全和工程顺利实施的重要措施。

成都蓉视通科技有限公司充分利用当前先进的智能感知、结构体监测、物联网、云计算及云平台等技术,?#28798;?#30740;发了边滑坡安全监测预警系统,进而向有关部门提供一套专业、稳定、实用的一揽子边滑坡监测、预警、预报及专家诊治解决方案。蓉视通边滑坡安全监测预警系统由数据采集监测子系统、数据传输子系统、应用层子系统(包括数据分析及预测预警系统、风险分析与评估系统、专家在线诊治系统)等组成,可实现全天候不间?#31995;?#23454;时在线监测和有效预测。

系统拓扑图

数据采集子系统

边滑坡的发生与诸多内在因素和环境因素有关,由于其内外环境的复?#26377;浴?#22810;样性,以及形成条件、诱发因素的随机性与不确定性,这就要求对滑坡的监测做到数据采集多样化、动态化、系统化,才能更好的实现和保证预测预警的有效性及可靠性。

(一)位移监测

1、地面绝对位移监测:

是最基本的常规检测方法,通过测得崩滑体测点在不同时刻的三维坐标,从而得出测点的位移量、位?#21697;?#21521;和位?#25169;?#29575;;在本方案中使用激光测位仪进行监测,可实现精度100m测距误差1mm。激光位移传感器采用回波分析原理来测量距离。其内部由处理器单元、回波处理单元、激光发射器、激光接收器等部分组成。激光位移传感器通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到检测物并返回至接收器,处理器计算激光脉冲遇到检测物并返回至接收器所需的时间,以此计算出距离值,进而得出测量点的绝对位移量。

激光传感器位移监测示意图:

2、地面相对位移监测:

是量测滑体变形部位点与点之间相对位移变化的一种检测方法,主要对裂缝等重点部位的张开、闭合、下沉、抬升、错动等进行监测,是位移监测的重要内容之一,在本方案中采用正弦位移计,电阻式位移计、裂缝计、变位计、收敛计等检测仪器.

3、深部位移监测:

方法是先在滑坡等变形体上钻孔并穿过滑带以下至稳定段,定向下入专用测斜管、管孔间环状间隙用水泥砂浆或砂土石回填固结测斜管,下入钻孔测斜仪,以孔底为零位移点,向上按一定间隔测量钻孔内各深度点相对于孔底的位移量,本方案采用的采集仪器是钻孔倾斜仪、钻孔多点位移计.

(二)物理场监测

1、应力监测:地质体变形的过程中必然伴随着地质体内部应力的变化和调整,所以检测应力的变化是十分必要?#27169;?#26412;方案运用的监测仪器有锚索应力计,振弦式?#35010;?#21147;计.

2、应变监测:埋设于钻孔、竖井内,监测滑坡崩塌体内不同深度的应变情况,本方案采用埋入式混凝土应变计.

 

(三)地下水监测

地下水是对滑坡的稳定状态起直接作用的最主要因素,所以对地下水位、孔隙水压力、土体含水量等进行监测十分重要,本方案采用的监测仪器有水位计、渗压计、孔隙水压力计.

 

(?#27169;?#22806;部触发因素监测

降雨量监测:降雨是触发滑坡的重要因素,因此雨量监测仪成为滑坡监测的重要组成部分,已成为区域性滑坡预警预报的基础和依据,在本方案中采用遥测自动雨量计进行监测.

数据采集示意图:

数据传输子系统

1.系统组成构架设计

考虑到?#35270;?#24615;、合理性和可靠性等因素,在结合ZigBee 技术特点和技术优势的基础上,本系统采用基于ZigBee 和GPRS相结?#31995;?#26080;线数据传输系统,由无线传感器簇实时采集数据,经ZigBee局域网传输数据,ZigBee中心节点收集数据后,由GPRS/CDMA远程传输数据到监测管理中心。在此技术支撑下,能够实现半?#27573;? 000 km的远程监控,同时可根据监测区域监测设备的不同分布, 来灵活地构建检测数据传输无线网络。

此外,为?#35270;?#24694;劣野外环境, 节点全部芯片工作温度?#27573;?#20026;-35 ℃ ~ +85 ℃。同时按需要设置节点检测参数阈值,?#32972;?#36807;阈值时,检测节点即由休眠状态转为唤醒工作状态,发出可靠的检测数?#36136;?#25454;信息,经网络正常传输,从而降低能耗。

2.ZigBee传输系统组成和特点

ZigBee无线传感器网络微型节点由数据采集、数据处理、数据传输和电源管理单元等几部分组成。

特点与优势:

(1)测点:体积袖珍、无线传输,不用缆线,节点可达数万?#19968;?#20026;“基站”;  

(2)传输,成本更低,免费频段,功耗更低,可靠安全;

(3)节点嵌入智能、?#29992;?#25968;传,自动组网,自行诊断;

(4)特色:运动接收、容错不?#36965;上?#20114;操作、无缝切换;

(5)网络:多跳传递、网型齐全,长期在线、拆装方便;

(6)采集数据多样、应用“无限”,通过网关,实现全球互联;

(7)软件:清晰直观、可在线编辑、扩充方便;

(8)全程数字化方案。

3.Zigbee组网拓扑图:

应用层子系统

在应用端主要实现的是,监控中心在收集到由GPRS网关转发来的监测数据之后,将数据存储于后台数据库中,同时提供用户界面可视化展示,并对数据进行分析和处理,并对结果进行告警提示。

1、云平台系统

云平台是物联网和用户的接口,支?#36136;?#26426;、电脑等终端,实现以下功能:

◆数据展示直观、操作简便、报表丰富,支持相关性分析曲线,特别是对边滑坡影响较大的气温、降水等因素的相关性分析;

◆用户安全管理、日志分类管理,并提供系统自检功能;

◆可设置多级报警,支持弹出软件窗口报警、邮件报警、短信报警及声光报警等功能;

◆可提供C/S架构客户端软件和B/S架构平台两种部署方式,支持网络多用户登录B/S平台查看监测数据和状态,?#21592;?#35777;值班人员能及时有效的掌握边滑坡隐患点运行状况;

◆可以很方便的输出周报、月报、季报年报,支持图表输出.

2、终端监控中?#27169;?/span>

通过配置一系列终端软件,实现以下系统功能:

◆自动动态监测预警软件;

◆滑坡预测分析管理软件;

◆滑坡预警位置和滑坡方向监测软件;

◆预警短信发布管理软件;

◆历史监测数据查询管理软件;

◆报警信息查询软件。

监控中心界面示意图:

结语

我国是世界?#31995;?#36136;灾害最严重的国家之一,其中,边滑坡、泥石流是导致人员伤亡和财产损失的主要地质灾害类型,因此,对边滑坡、泥石流等进行研究,并建立?#35270;?#30340;监测预警系统就显得尤为重要和迫切。随着物联网技术、智能采集技术、大数据技术等的?#20260;?#21457;展,对边滑坡进行切实有效的监测预警系统也正变得更加可行和可靠。

此背景下,我公司在结合该领域专家和科研院所的基础上,利用自身专业的物联网技术积累和研究成果,逐步开发出了较为成熟和完善的边滑坡远程自动监测预警系统,旨在运用于管理部门指?#23478;?#24739;点的防灾减灾、日常巡查管理和应急管理等工作,进而为防灾减?#36136;?#19994;贡献智慧和力量!

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